3856

2

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

В.А. Земскова, М.О. Жакевич, Н.И. Корочкина

Очистка сточных вод промышленных предприятий

Учебно-методическое пособие по выполнению лабораторных работ для обучающихся по дисциплине

«Система водоснабжения и водоотведения промышленных предприятий» по направлению подготовки 08.03.01 Строительство

профиль Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение зданий, сооружений, населенных пунктов

Нижний Новгород ННГАСУ

2016

3

Земскова В.А. / Очистка сточных вод промышленных предприятий [Электронный ресурс]: учеб.- метод. пос. / В.А. Земскова, М.О. Жакевич, Н.И. Корочкина; Нижегород. гос. архитектур. - строит. ун - т

– Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 32 с.– 1 электрон. опт. диск (CD-RW)

В пособии приведены методики проведения лабораторных работ по технологии очистки производственных сточных вод, которые предназначены для закрепления и более глубокого изучения теоретических основ по очистке промышленных сточных вод сточных вод. В пособие включены работы по нейтрализации, очистке хромсодержаших сточных вод реагентным и электрохимическим методами, работы по очистке сточныхвод от фенолов экстракционным и адсорбционнымметодами.

Предназначено обучающимся в ННГАСУ для выполнения лабораторных работ и практических занятий по дисциплине «Система водоснабжения и водоотведения промышленных предприятий» по направлению подготовки 08.03.01 Строительство профиль Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение зданий, сооружений, населенных пунктов.

© В.А. Земскова, М.О. Жакевич, Н.И. Корочкина, 2016 © ННГАСУ, 2016

4

Содержание

5

Введение

В настоящее время большое внимание уделяется охране природных ресурсов и, в частности, охране водного бассейна. Большое количество воды потребляется промышленными предприятиями. В число наиболее водоемких отраслей промышленности входят химическая, целлюлозно-бумажная, черная и цветная металлургия. Однако только 20 – 25% воды используется безвозвратно, большая же часть возвращается в источник, изменив свои качества (промстоки). Промышленные предприятия, сбрасывая неочищенные или недостаточно очищенные сточные воды, загрязняют водный объект.

Среди методов и технологий очистки производственных сточных вод наиболее широкое распространение получили механические, химические, физико-химические, электрохимические, сорбционные.

Важной задачей является внедрение высокоэффективных методов очистки сточных вод, в частности физико-химических, из которых одним из наиболее эффективных является реагентный метод. Использование реагентного метода очистки производственных сточных вод не зависит от токсичности присутствующих примесей, что по сравнению со способом биохимической очистки имеет существенное значение.

Сегодня существует большой выбор технологий и оборудования для очистки сточных вод от загрязняющих веществ. При выборе технологий, обладающих высоким инновационным потенциалом, необходимо учитывать следующие факторы:

-высокую эффективность (степень очистки 98 – 99%);

-обоснованный уровень стоимости технологии и оборудования для данного качества очистки;

-невысокие эксплуатационные затраты на обслуживание оборудования

исистемы водоочистки;

-возможность полной автоматизации технологического процесса водоочистки и ряда др.

Вместе с тем разработка эффективных технологических схем очистки производственных сточных вод связана рядом трудностей, обусловленных главным образом различием качественных и количественных характеристик сточных вод по отдельным видам производства, широким диапазоном требований к качеству очистки воды для сброса (нормы ПДК) или её возврата в технологический цикл (требования ГОСТ), необходимостью утилизации вторичных отходов водоочистки и др. Большинство предлагаемых методов и технологий обезвреживания производственных сточных вод не позволяют очистить воду до жестких требований к сбросу или повторному использованию и к тому же являются громоздкими, ресурсо-

икапиталоемкими. Поэтому основной задачей в сфере проектирования и строительства водоочистных сооружений является обеспечение высокого качества очистки сточных вод при минимизации затрат на строительство и эксплуатацию очистных сооружений.

6

Лабораторная работа № 1

Нейтрализация сточных вод

Цель работы: Ознакомиться с очисткой сточных вод методом нейтрализации. Определить кислотность сточной воды и рассчитать дозу реагента (СаО) для ее нейтрализации.

АППАРАТУРА И РЕАКТИВЫ

1.Колбы для титрования на 250 мл.

2.Бюретки.

3.Весы аналитические.

4.Едкая щелочь, 0,1N раствор.

5.Метиловый оранжевый, 0,05%-ный раствор.

6.Известь (СаО) порошкообразная.

7.Индикаторная бумага.

ОБЩАЯ ЧАСТЬ

Многие производственные сточные воды содержат щелочи и кислоты. Кроме того, в большинстве кислых сточных вод содержатся соли тяжелых металлов, мышьяк, фториды и другие загрязняющие вещества, которые необходимо выделять из этих вод.

Кислые и щелочные стоки нарушают биохимические процессы в водоемах и биоокислителях, вызывают коррозию материалов канализационных очистных сооружений, а также способствуют осаждению из сточных вод солей тяжелых металлов. Поэтому кислые и щелочные стоки необходимо подвергать нейтрализации.

Нейтрализация относится к реагентным методам очистки сточных вод. Реакция нейтрализации - это химическая реакция между веществами, имеющими свойства кислоты и основания, которая приводит к потере характерных свойств обоих соединений. Наиболее типичная реакция нейтрализации в водных растворах происходит между гидратированными ионами водорода и ионами гидроксида, содержащимися соответственно в

сильных кислотах и основаниях:

Н+ + ОН- = Н2О.

В результате концентрация каждого из этих ионов становится равной той, которая свойственна самой воде (около 10-7 ), т.е. активная реакция водной среды приближается к рН = 7.

При спуске производственных сточных вод в водоем или городскую канализационную сеть практически нейтральными следует считать стоки с рН = 6,5 – 8,5. Сточные воды, имеющие рН менее 6,5 и более 8,5, необходимо подвергать нейтрализации, при этом необходимо учитывать нейтрализующую способность водоема, а также щелочной резерв городских сточных вод. Следует учитывать, что большую опасность представляют кислые стоки, которые встречаются к тому же значительно чаще, чем щелочные.

7

Применяют следующие способы нейтрализации:

1.Взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод (если они имеются на данном предприятии).

2.Нейтрализация реагентами.

3.Фильтрование через нейтрализующие материалы (известь, известняк СаСОз, доломит СаСОз*MgC03, магнезит MgC03, обожженный магнезит MgO, мел СаСОз).

Выбор способа нейтрализации зависит от многих факторов: вида и концентрации кислот, загрязняющих производственные сточные воды; расхода и режима поступления отработанных вод на нейтрализацию; наличия реагентов; местных условий и др.

Метод взаимной нейтрализации кислых и щелочных сточных вод широко используется на предприятиях химической промышленности. Вследствие различного режима образования и сброса этих вод применяют регулирующие устройства, с помощью которых сточные воды равномерно выпускаются в канализацию. При этом обеспечивается максимальное использование кислых или щелочных агентов, содержащихся в сточных водах.

Способ нейтрализации путем фильтрования сточных вод через нейтрализующие материалы не получил широкого распространения в отечественной промышленности из-за возникающих эксплуатационных трудностей, обусловленных слеживаемостью и цементированием загрузки, выносом частиц с нейтрализованной водой.

При наличии на предприятии только кислых или только щелочных сточных вод их нейтрализацию проводят реагентами. Реагентный метод широко используется для нейтрализации кислых сточных вод. Кислотность наиболее часто обусловлена содержанием в стоках кислот – серной, соляной, азотной, реже уксусной и фтористоводородной (плавиковой).

Нейтрализовать кислоты можно любыми щелочами - едким натром, едким кали, известью, известняком или доломитом, мелом, магнезитом, мрамором, содой, отходами щелочей и др.

Выбор реагента для нейтрализации кислых сточных вод зависит от вида кислот, их концентрации, а также от растворимости солей, образующихся в результате химической реакции.

Основные возможные реакции нейтрализации следующие: 1. Реакции нейтрализации едким натром (или едким кали):

Н2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O

HCI + NaOH → NaCI + H2O

HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O

CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O

2. Нейтрализация окисью (гидроокисью) кальция (известью):

Н2SO4 + CaO + H2O → CaSO4↓ + 2H2O

8

2HCI + CaO + H2O → CaCI2 + 2H2O

2HNO3 + CaO + H2O → Ca(NO3)2 + 2H2O

2CH3COOH + CaO + H2O → (CH3COO)2Ca + 2H2O

3. Нейтрализация карбонатом кальция (известняком, мелом, мрамором).

H2S04 + CaCO3↓ → CaSО4↓ + СО2↑ + Н2О

2НС1 + СаСО3↓ → CaCI2 + СО2↑ + H,О 2HN03 + СаСО3↓ → Ca(NO3)2 + СО2↑ + Н2О

2СН3СООН + СаСО3↓ → (СН3СОО)2Са + СО2↑ + Н2О.

4. Нейтрализация карбонатом (бикарбонатом) натрия (содой):

H2S04 + Na2CО3 → Na2SО4 + СО2↑ + Н2О 2HCI + Na2CО3 → 2NaCl + CO2↑ + H2О 2HNO3 + Na2CO3 → 2NaNO3 + CO2↑ + H2О

2CH3COOH + Na2CО3 → 2CH3COONa + CO2↑ + H2О.

5. Нейтрализация карбонатом магния (магнезитом):

H2SО4 + MgCО3 → MgSО4↓ + CO2↑ + H2О 2HCI + MgCО3 → MgCI2 + CO2↑ + H2О 2HNО3 + MgCО3 → Mg(NO3)2 + CO2↑ + H2О

2CH3COOH + MgCO3 → (CH3COO)2Mg + CO2↑ + H2О.

Из рассмотренных реакций с 1 - 4 следует, что при нейтрализации любой из указанных кислот едкими щелочами образуются хорошо растворимые в воде соли и никакие осадки не выпадают.

При нейтрализации H2SО4 гидроокисью кальция и карбонатом кальция в осадок выпадает сульфат кальция - гипс, что приводит к забиванию трубопрово-дов и аппаратуры. Это является существенным недостатком метода нейтрализации серной кислоты известью и карбонатом кальция.

При нейтрализации сернокислых сточных вод известковым молоком доза извести (по СаО) берется на 5 - 10% выше стехиометрического количества. В случае нейтрализации воды сухим порошком или известковой пастой, доза извести окиси кальция составляет 140 - 150% от стехиометрической, так как взаимодействие между твердой и жидкой фазами происходит медленнее и не до конца. Нейтрализация солянокислых или азотнокислых сточных вод известковым молоком или другими щелочными агентами протекает более активно, и доза их должна составлять 103% (от общей щелочности) или 95% при расчете по активности окиси кальция.

Нейтрализацию сточных вод обычно проводят известковым молоком, содержащим 5 - 10% активной окиси кальция. Расчет процесса нейтрализации сводится к определению необходимого для нейтрализации количества реагента.

В табл. 1.1. приведены подсчитанные на основе реакций количества различных щелочных реагентов, необходимые для нейтрализации кислот.

9

Табл. 1.1. Теоретическое количество щелочного реагента, необходимое для нейтрализации 1 г кислоты

ПОРЯДОКПРОВЕДЕНИЯРАБОТЫ

1.Определить кислотность сточной воды по методике, описанной ниже.

2.Выразить кислотность сточной воды (в экв/л) и пересчитать на нормальную концентрацию, объемную и процентную.

3.Рассчитать дозу реагента (СаО) для нейтрализации данной сточной воды в соответствии с взятым объемом (50 мл).

4.Отвесить вычисленное количество СаО, добавить его к 50 мл исследуемой воды и взболтать содержимое.

5.Результат нейтрализации проверить по индикаторной бумажке.

ОПРЕДЕЛЕНИЕКИСЛОТНОСТИСТОЧНОЙВОДЫ

В коническую колбу отбирают 50 мл исследуемой сточной воды, добавляют 2 -3 капли метилового оранжевого и титруют 0,1 N раствором NaOH до перехода розовой окраски в желтую. Записывают количество щелочи, пошедшей на титрование.

Расчет

= a × N

X

V

где Х- кислотность воды, экв/л;

а - объем раствора 0,1 N NaOH, пошедший на титрование, мл; N - нормальность раствора NaOH;

V -объем сточной воды, взятой для анализа, мл.

10

Нормальная концентрация (N) - это количество г-экв растворенного вещества, содержащихся в 1000 мл раствора.

Пример расчета.

Пусть на титрование исследуемой воды (50 мл) пошло 25 мл NaOH, 0,1 N раствора.

1. Подсчитываем кислотность исследуемой воды по формуле:

= a × N = 25 × 0,1 =

X 0,05 экв/л

V50

2.Нормальная концентрация данной сточной воды будет равна 0,05.

3.Чтобы перейти к объемной концентрации, нужно освободиться от эквивалентного веса.

Расчет производим по соляной кислоте (НС1); умножаем нормальную концентрацию сточной воды на эквивалентный вес соляной кислоты (36,47). Объемная концентрация по НС1 равна 0,05×36,47 =1,82 г/л.

4.Процентная концентрация по НС1 равна 1,82/10 = 0,182 %;

а) расчет дозы СаО для нейтрализации исследуемой воды по нормальной концентрации: 28 0,05 = 1,4 г/л,

где 28 - эквивалентная масса СаО;

б) расчет дозы СаО для нейтрализации исследуемой сточной воды по объемной концентрации: 0,77 1,82 = 1,4 г/л,

где 0,77 находим из табл. 1.1. Делаем пересчет на 50 мл: 1,4 : 20 = 0,07 г или 70 мг.

Для нейтрализации 50 мл исследуемой воды необходимо (70 К) мг СаО.

К- коэффициент активности извести, определяемый опытным путем.

5.Отвешиваем необходимое количество извести, вносим в исследуемую воду, тщательно взбалтываем и проверяем результат нейтрализации по лакмусовой индикаторной бумажке.

Пример расчета СаО по стехиометрическому уравнению:

2HCI + CaO = CaCI2 + H2O 73 56

73 г HCI – 56 г CaO

1,82 г HCI – Х г CaO

Х = 1,82 × 56 = 1,4 г/л (СаО) 73

КОНТРОЛЬНЫЕВОПРОСЫ

1.Цель нейтрализации сточных вод.

2.Какие существуют способы нейтрализации.

3.Реагенты, применяемые при нейтрализации.